Was ist in der Physik eine Grenzschicht?
Eine Grenzschicht tritt auf, wenn eine Flüssigkeit an einer festen Oberfläche vorbei fließt.Es ist typischerweise als die Flüssigkeitsregion definiert, deren Geschwindigkeit weniger als 99% des nicht imsistierten Flüssigkeitsflusss beträgt.Mit anderen Worten, es ist die Zone einer sich bewegenden Flüssigkeit, die durch eine stationäre Oberfläche mehr als 1 Prozent verlangsamt wird.Die Grenzschicht wurde definiert, um die Flüssigkeitsmechanik besser zu verstehen, indem der Durchfluss in zwei Regionen unterteilt wird, die ein anderes Verhalten aufweisen.Regionen innerhalb und außerhalb der Grenzschicht erzeugen auch Reibung auf unterschiedliche Weise.
Ein frühes Problem in der Aerodynamikforschung bestand darin, die komplexen Navier-Stokes-Gleichungen zu lösen, von denen angenommen wird, dass sie den Flüssigkeitsfluss regeln.Es gibt viele Fälle, in denen die Lösungen für die Navier-Stokes-Gleichungen nicht bekannt sind.Es wurde jedoch festgestellt, dass der Flüssigkeitsfluss zwei allgemeine Verhaltensweisen zeigte: laminar und turbulent.Der laminare Fluss ist glatt und vorhersehbar, wie der einer Ball, der durch Honig fällt.Der turbulente Fluss ist zufällig und gewalttätig, wie der aus einem Feuerwehrschlauch.
Die Grenzschicht trennt diese beiden Zonen des Flüssigkeitsflusss.In der Grenzschicht ist der Fluss hauptsächlich laminar.In dieser Region wird das Durchflussverhalten von viskosen Belastungen dominiert.Die viskose Belastung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit eines vorübergehenden Objekts;Eine gut viskose Flüssigkeit wie Honig verleiht den Objekten, die sich schnell bewegen, viel Reibung.Der laminare Fluss ist durch Flüssigkeitsfluss in parallelen Linien ohne Unregelmäßigkeiten gekennzeichnet.
Außerhalb der Grenzschicht ist der Flüssigkeitsfluss dominant turbulent.Der turbulente Strömung, ob in Flüssigkeit oder Gas, zeigt ein ähnliches Verhalten.Chaotische Variationen in Geschwindigkeit und Richtung der Partikel machen genaue Vorhersagen mit aktuellem Wissen unmöglich.Die Wirkung der Reibung im turbulenten Strömung unterscheidet sich auch von laminarer Fluss.Die Reibung ist im Allgemeinen nicht mehr proportional zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit im turbulenten Regime.
Der Grund, warum Golfbälle Grübchen enthalten, hängt mit der Grenzschicht der Luft zusammen.Bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie z.Während des Hochgeschwindigkeitsfluges hätten kugelförmige Golfbälle jedoch eine größere Grenzschicht als Grübchenkugeln und mdash; was bedeuten würde, dass mehr Luft auf laminare Weise fließt.Dieser laminare Strömung würde tatsächlich mehr Luftreibung verursachen als ein turbulenter Fluss.Golfkugeln fliegen weiter als ihre kugelförmigen Gegenstücke, weil sie eine kleinere Grenzschicht haben und nicht so viel Luft Reibung erleben.